Российские химики придумали способ очистить почву от ядов с помощью растений
Российские химики помогли клеверу эффективнее очищать почву от тяжёлых металлов.
Фото Pixabay.
Растение страдает от накапливаемых токсинов, но это можно компенсировать специальными добавками.
Фото Анна Макарова и др./РХТУ.
Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева и НИЦ «Курчатовский институт» разработали перспективный способ очистки почвы от тяжёлых металлов. Они создали специальные добавки, которые помогают растениям изымать эти токсичные элементы из почвы и при этом не погибать от них.
Известно, что некоторые растения накапливают в себе ядовитые тяжёлые металлы, присутствующие в почве. Это плохая новость, если мы собираемся съесть эти растения. И хорошая, если мы готовы использовать зелёных помощников, чтобы очистить почву. Ведь токсичную биомассу, аккумулировавшую в себе извлечённый из земли яд, можно сжечь, а золу утилизировать.
Такой метод очистки почвы называется фиторемедиацией. Он был изобретён ещё в прошлом веке, но до сих пор дорабатывается и улучшается специалистами. Учёные стремятся, во-первых, заставить растения более интенсивно извлекать из грунта ядовитые вещества. Во-вторых, необходимо компенсировать действие токсинов на сами очищающие растения. Ведь понятно, что если они не будут расти и накапливать биомассу, то никакой очистки не получится.
Этому и была посвящена работа российских химиков. Они изучали возможность очистки почвы от кадмия, никеля и меди с помощью клевера. Толчком к исследованию стал запрос от руководства одного из закрытых мусорных полигонов, в грунте которого накопились эти вредные вещества.
Клевер известен своей способностью накапливать тяжёлые металлы. Химики ещё усилили её с помощью специальной добавки – этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Обычно она используется, чтобы помочь растениям извлекать из почвы полезные минеральные вещества, но оказалось, что это работает и с токсичными тяжёлыми металлами.
Однако у ЭДТА есть большой минус: она так плохо разлагается в почве, что в конце концов сама становится загрязнителем. Поэтому исследователи опробовали также другое соединение с не менее зубодробительным названием гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ). Это вещество легко разлагается в почве и полезно для растений.
Чтобы растение не слишком страдало от накопленных тяжёлых металлов, биологи использовали поддерживающие добавки: фитогормоны и соли железа.
Для проверки работоспособности смеси экспериментаторы ввели в универсальный грунт тяжёлые металлы в количествах, наблюдаемых на мусорном полигоне. В этой почве в течение 31 дня выращивали клевер: одни растения с добавкой ЭДТА, другие – ОЭДФ, а третьи (контрольные) без добавок. Фитогормоны вводили с поливом, а солями железа опрыскивали листья.
Оказалось, что ЭДТА лучше стимулирует накопление металлов. Их содержание выросло по сравнению с контрольными образцами почти в шесть раз. Но от такого количества яда биомасса растения значительно снизилась.
С другой стороны, добавка ОЭДФ увеличивала концентрацию тяжёлых металлов в растении только в 2,6 раза. Зато и биомасса уменьшалась не так сильно, а с помощью фитогормонов и солей железа этот эффект был почти нейтрализован.
Впрочем, у ОЭДФ оказалось неожиданное и неприятное свойство. Почти все тяжёлые металлы, поглощённые растением, накапливались не в его побегах, а в корнях. В некоторых экспериментах содержание кадмия в «корешках» было в сто раз выше, чем в «вершках».
Это подрывает идею очистки почвы по схеме «засеяли клевером, скосили его и сожгли», ведь накопившие яд корни останутся в грунте. Зато, возможно, с помощью ОЭДФ можно будет выращивать злаки и другие съедобные растения на неблагополучных почвах: токсичные металлы останутся в корнях, которые никто и не собирался есть.
Описанные выше эксперименты – важный шаг на пути к схемам очистки почвы, эффективным не только в лаборатории, но и в реальных условиях.
Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Sustainability.
К слову, ранее мы рассказывали о том, как российские учёные спасают растения от загрязнённой почвы с помощью селена. Писали мы и о другой отечественной разработке: искусственной почве, которая заставляет сосны расти в два раза быстрее.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Источник
Способ очистки почв от тяжелых металлов
Владельцы патента RU 2365078:
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ очистки почв от тяжелых металлов включает выращивания растений фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением. В качестве растения — фитомелиоранта используют сафлор. Семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы. Обеспечивается полное поглощение ионов тяжелых металлов. 3 табл.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при проведении специальных мероприятиях по снижению содержания в загрязненных почвенных ценозах токсичных концентраций тяжелых металлов с целью восстановления или улучшения агрохимических показателей, необходимых для получения экологически безопасной продукции.
В настоящее время отечественными и зарубежными исследователями ведется поиск растений — гипераккумулянтов, свойства которых позволяют эффективно извлекать тяжелые металлы из загрязненной почвы [1, 3, 4].
В литературных источниках сообщается, что рекультивация грунтов или очистка их от загрязнений с помощью растений является сравнительно новым методом (десять лет), экологическим и прогрессивным. Он позволяет исключить или ограничить перенос тяжелых металлов по цепочке от человека к грунтам и грунтовым водам без ущерба для окружающей среды [5].
В аналоговых работах авторами показано, что в целях фиторемедиации загрязненных почв (очистка при помощи растений) используют следующие растения — аккумулянты: ракитник, редька масличная, амарант и даже дикорастущие растения [1, 3, 4, 5].
Наиболее близким аналогом к изобретению по совокупности основных существенных признаков является способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений — фитомелирантов на загрязненных почвах с последующим их полным удалением из почвы [2] (см. RU 2282508, Кл. A01B 79/02, 27.0.2006).
К недостаткам аналоговой работы следует отнести изучение только одного загрязнителя — цезия, не указан коэффициент биологического накопления загрязнителя по используемым культурам, нет четкого понятия о сроке уборки, поскольку использовались культуры разных групп технологических требований и биологии развития.
Задачей изобретения является улучшение экологического состояния естественных и культурных биогеоценозов за счет снижения содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв.
Технический результат — более полное поглощение ионов тяжелых металлов (свинец, кадмий и медь) из почвенного раствора при создании оптимального покрытия растениями сафлора загрязненной площади.
По сущности поставленная задача достигается тем, что на загрязненных почвах возделывают сафлор, семена высевают из расчета 60-80 растений на м 2 (20-22 кг/га) с последующим доведением и полным удалением растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.
Предлагаемая норма высева обеспечивает полный охват корневой системой растения по объему загрязненной почвы. При меньшей норме высева охват не полный, а при большей норме снижается резко продуктивность надземной массы и, как следствие, общий вынос тяжелых металлов растениями сафлора.
Пример конкретного выполнения
Опыты проводились на территории очистных сооружений г.Истры.
Проводили весенний посев растений вручную с последующей заделкой граблями.
Пробы почв отбирали до посева и сразу после уборки сафлора.
Уборку проводили, доведя развитие растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.
Полученные результаты в ходе выполнения эксперимента в полевых условиях убедительно доказывают, что сафлор может быть отнесен к растениям — гипераккумулянтам тяжелых металлов.
Интересно отметить, что, как правило, при выращивании на загрязненных почвах, даже у гипераккумулянтов, содержание таких металлов, как свинец, кадмий и медь в растительных образцах по надземной части не превышает 1,2; 0,5-1 и 10-12 мг/кг сухой массы соответственно (табл.1).
| Таблица 1 | |||
| Содержание тяжелых металлов в растительных образцах растений сафлора (мг/кг сух. массы) | |||
| РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ | |||
| Наименование образца (сафлор) | свинец | кадмий | медь |
| надземная масса | 3,58 | 6,586 | 34,88 |
| корни | 1,36 | 1,087 | 57,83 |
На основании представленных результатов и данных по содержанию тяжелых металлов (подвижная форма) в почве произведен расчет коэффициента биологического накопления (поглощения) (табл.2).
Как известно, если у растений даже по надземной массе коэффициент биологического накопления токсикантов больше единицы, то данный вид может быть отнесен к гипераккумулянтам, в рассматриваемом примере высокий КБНTA достигнут и по корневой части опытных растений.
| Таблица 2 | |||
| Коэффициент биологического накопления (КБНТМ) тяжелых металлов растениями сафлора | |||
| Наименование образца (сафлор) | свинец | кадмий | медь |
| КБН надземная масса | 2,13 | 8,25 | 1,22 |
| КБН корни | 0,81 | 1,36 | 2,03 |
| содержание подвижной фракции в почве, мг/кг | 1,68 | 0,8 | 28,4 |
Анализ биопродуктивности растений в фазу цветения не выявил проявления токсичного влияния загрязненной почвы на рост и развитие сафлора — средняя сухая масса стеблей составила 557 г, корней — 143 г см 2 соответственно. Посев семян проводится вручную из расчета 60-80 растений на 1 кв. м.
При загущенном посеве, свыше 80 раст./м 2 , отмечали снижение продуктивности надземной массы в среднем на 16%, растения отставали в росте, корневая система сафлора имела меньшую массу, видимо при уплотнении посевов у растений сафлора проявляется аллелопатия — взаимное угнетение роста и развития.
| Таблица 3 | |||
| Содержание тяжелых металлов в почве до и после применения сафлора, мг/кг (полигон Истринских очистных сооружений, 2007-08 г.) | |||
| Наименование образца | свинец | кадмии | медь |
| Почва без растений | 11,48 | 221 | 160,5 |
| сафлор | 10,44 | 1,73 | 154,9 |
| ОДКТМ (ориентировочно допустимая концентрация) в почве, мг/кг | 130 | 2,0 | 132 |
Результаты испытании сафлора при использовании в качестве фитомелиоранта убедительно доказывают высокую эффективность аккумулирующей способности растений для снижения содержания тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почвы.
Способ очистки включает следующие мероприятия:
— подготовка почвы к посеву;
— посев фитомелиоранта из расчета 60-80 раст./м 2 (20-22 кг/га), глубина заделки семян 4-5 см;
— доводят развитие растений сафлора до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, затем полностью удаляют их из загрязненной почвы.
Предлагаемый способ позволяет существенно повысить эффективность фитосанации, и при установлении авторского права дает основание для разработки ТУ различных схем фитореабилитации загрязненных территорий.
1. Баран С., Кжывы Е. Фиторемедиация почв, загрязненных свинцом и кадмием, при помощи ракитника / Влияние природных и антропогенных факторов на социоэкосистемы, 2003. №2. — С.39-44.
3. Жадько С.В., Дайнеко Н.М. Накопление тяжелых металлов древесными породами улиц г.Гомеля. // Изв. Гомел. гос.ун-та, 2003. №5. — С.77-80.
4. Кудряшова В.И. Аккумуляция ТМ дикорастущими растениями. — Саранск — 2003 г. — С.10, 18, 50, 78.
5. Rakotosson Voahirana. Les metaux lourds et la phytorenediation: l’etat de l’art. // Eau, ind., nuisances. 2003. №260. — C.45-48.
Способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений — фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением, причем в качестве растения — фитомелиоранта используют сафлор, семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы.
Источник
Способ очищения почвы от тяжелых металлов выращиванием растений поглотителей называется
Антропогенное воздействие на природу и здоровье человека . Тесты с ответами по биологии (2010 год)
1. ПДК вредного вещества в атмосферном воздухе установлена в…
2. Максимальное воздействие радиации, шума, вибрации, магнитных полей, которое не опасно для здоровья человека, состояние животных, растений и их генофонда, называют….
а) предельно допустимым выбросом
б) предельно допустимой концентрацией
в) предельно допустимым уровнем
г) предельно допустимым сбросом
3. Способ очищения почвы от тяжелых металлов путем выращивания растений – поглотителей называется …
4. ПДК пестицидов в почве и продуктах питания измеряется в…
5. ПДК вредных веществ в воде установлена в …
6. В пахотном слое почвы вредные вещества нормируются по показателю…
7. Установление нормативов предельно допустимых вредных воздействий и платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ — это прерогатива Закона Р.Ф…
а) «О санитарно- эпидемиологическом благополучии населения»
б) «Об охране атмосферного воздуха»
в) «Об отходах производства и потребления»
г) «Об охране окружающей среды»
8. При оценке концентрации (С) вредного вещества в окружающей среде безопасным для человека будет уровень, соответствующий условию:
9. Наиболее высокие ПДК устанавливаются для…
а) особо опасных веществ в рабочей зоне
б) средне опасных веществ в жилых кварталах
в) средне опасных веществ в рабочей зоне
г) особо опасных веществ в жилых кварталах
10. Физико-химический метод удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц из сточных вод, основанный на их соединении в крупные хлопья в присутствии флокулянтов и осаждении, называется…
11. Комплекс мер, направленный на восстановление ранее нарушенного природного ландшафта и продуктивности нарушенных земель, является…
12. Аэротенки – сооружения биологической очистки сточных вод – это…
б) искусственные экосистемы
г) естественные экосистемы
13. Для превращения токсичных газов и газообразных примесей в безвредные или менее опасные для окружающей среды вещества применяют…
а) каталитический метод
б) фильтрационный метод
в) метод сухого пылеулавливания
г) метод мокрого пылеулавливания
14. Канцерогены — это …
а) загрязнители среды
б) лекарственные препараты для повышения иммунитета у человека
в) средства для химической защиты растений
г) химические вещества, вызывающие рак
15. Диоксины могут вызвать у человека нарушение внутриутробного развития плода, которое называется.
а) тератогенным действием
б) аллергенным действием
в) канцерогенным действием
г) раздражающим действием
16. Одним из основных негативных факторов, ведущим к сокращению продолжительности жизни человека, является …
б) шумовое воздействие
в) физический труд
17. Важнейшим показателем деградации окружающей природной среды является…
а) состояние атмосферы
б) здоровье человека
в) качество почвы
г) состояние лесных биогеоценозов
18. Наибольший вклад в преждевременную смертность людей современного общества вносят….
а) природные условия
б) сердечно-сосудистые заболевания и новообразования (рак)
в) желудочно-кишечные заболевания
г) напряженный темп жизни
19. Из определений понятия «здоровье» наиболее правильным является:
а) здоровье – это хороший аппетит и большая масса тела
б) здоровье — это устойчивая психическая деятельность
в) здоровье – это отсутствие болезней и физических недостатков
г) здоровье-это состояние полного физического, душевного и социального благополучия
20. Основной причиной глобального экологического кризиса является:
а) демографический взрыв
б) парниковый эффект
в) загрязнение окружающей среды
г) истощение ресурсов
21. По расчетам ученых, при сохранении современных обьемов выбросов хлорфторуглеродов (ХФУ), озоновой слой еще при жизни нынешнего поколения людей……
а) исчезнет полностью
в) истончится на 20%
г) увеличится на 10%
22. Влияние урбанизации на рост населения проявляется в том, что у городских жителей по сравнению с сельскими существует тенденция к .
а) отсутствию рождаемости
б) увеличение продолжительности жизни
в) снижению рождаемости
г) увеличению рождаемости
23. Для предотвращения перенаселения планеты наиболее действительной и гуманной мерой на уровне государства является…
а) регулярная продовольственная помощь
б) эмиграция населения
в) сдерживание цен на продукты питания
г) программа планирования семьи
24. Темп роста населения мира в начале 21 века составил _____ млн. человек в год
25. Наибольший вклад в демографический взрыв внесли…
а) миграция и освоение новых территорий
б) создание Всемирной организации Здравоохранения
в) рост промышленного и сельскохозяйственного производства
г) успехи медицины
26. Государственное регулирование рождаемости, направленное на сдерживание роста населения, последовательно осуществляется в .
27. Наибольшее среднее продолжительность жизни человека в 21 веке достигнута в
28. До 20 века рост народонаселения преимущественно сдерживался…
а) отсутствием миграций населения
б) низким уровнем образования
в) низким культурным уровнем
г) высокой дорепродуктивной (детской) смертностью
29. За последние 50 лет численность населения планеты…
а) увеличилась в 2 раза
б) увеличилась в 10 раз
в) увеличилась незнечительно
30. Ультрафиолетовая радиация оказывает ингибирующее воздействие на фито- и зоопланктон, что может привести к …
а) увеличению испарения с поверхности океана
б) разогреву вод Мирового океана
в) исчезновению вредных и опасных видов из океана
г) снижению первичной продуктивности Мирового океана
31. Ультрафиолетовые лучи, не задержанные озоновым экраном, поглощаются тканями организмов и .
а) повышают стабильность белков
б) повышают устойчивость клеток
в) активирует синтез белков
г) разрушают молекулы белков и ДНК
32. (Более 1 ответа) К парниковым газам относятся…
е) углекислый газ
33. Демографический взрыв начался
а) в начале 21 века
б) в конце 19 века
в) в середине 19 века
г) в середине 20 века
34. Озоносфера — область с наибольшей концентрацией озона, располагается..
б) в стратосфере
35. «Озоновые дыры» — это области атмосферы с _____________ содержанием озона
а) резко колеблющемся
36. Озон в стратосфере образуется из кислорода под воздействием …
б) ультрафиолетового излучения
г) инертных газов
37. (Более 1 ответа) Разрушение озонового слоя может привести к…
г) повышению иммунитета
38. Впервые «озоновая дыра» была обнаружена над…
39. Впервые озабоченность тенденцией роста населения планеты высказал
40. Поставщиком в стратосферу хлора, разрушающего озон, являются.
б) пары соляной кислоты
в) растворимые в воде соединения хлора
41. Распад озона в стратосфере, катализируют…
а) молекула азота
б) свободные атомы хлора
в) атомы водорода
42. Демографическая ситуация в России характеризуется …
а) низкой смертностью
б) высокой продолжительностью жизни
г) высокой рождаемостью
43. Источником хлорфторуглеродов (ХФУ) является:
а) холодильное оборудование
б) хлорированная вода
в) производство хлоридов
г) производство удобрений
44. Растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения:
а) увеличивают продуктивность
б) повышают способность к фотосинтезу
в) теряют способность к фотосинтезу
г) обильно цветут и дают много семян
45. Нестабильность климата планеты связана с …
а) накоплением в атмосфере парниковых газов
б) глобальным загрязнением Мирового океана
в) нарушением энергетического баланса
г) накоплением ядерного оружия
46. Удержание значительной части тепловой энергии солнца у земной поверхности называется…
а) стихийным бедствием
б) разрушением озонового слоя
в) радиоктивным загрязнением
г) парниковым эффектом
47. Каждая молекула метана по сравнению с молекулой углекислого газа обладает ________ парниковым эффектом
а) незначительно превышающим
б) существенно меньшим
в) в 20 раз большим
48. Парниковый эффект ведет к …
а) фотохимическому смогу
б) сжиганию топлива
в) кислотным дождям
г) потеплению климата
49. Таяние вечной мерзлоты будет усугублять «парниковый эффект», так как из оттаявших грунтов в атмосферу будут поступать.
б) углекислый газ и метан
50. Уничтожение лесов сокращает их способность поглощать углекислый газ и приводит к…
а) снижению температуры на планете
б) кислотным дождям
в) повышению температуры на планете
г) более частому смогу
51. Основной вклад в явление «парникового эффекта» вносит …
б) углекислый газ
52. Монреальское соглашение о защите озонового слоя направлено на…
а) сокращение производства хлорфторуглеродов
б) поставку озона в озоносферу с Земли на стратостатах
в) стимуляцию образованию озона в озоносфере
г) создание искусственного экрана для защиты Земли от УФ излучения
53. По прогнозам к 2100 г. среднегодовая температура воздуха на планете …
Источник
